Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit cu silica ứng dụng để diệt nấm colletotrichum (Tóm tắt trích đoạn)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT Cu-SILICA ỨNG DỤNG ĐỂ DIỆT NẤM COLLETOTRICHUM LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT Cu-SILICA ỨNG DỤNG ĐỂ DIỆT NẤM COLLETOTRICHUM Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hoài Châu PGS TS Đồng Kim Loan Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu-silica ứng dụng để diệt nấm Colletotrichum” thực dƣới hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Hoài Châu – Viện Công nghệ môi trƣờng – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam PGS TS Đồng Kim Loan – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Đây chép cá nhân, tổ chức Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nội dung mà trình bày Luận văn Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Thúy LỜI CÁM ƠN Lời xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Hoài Châu – Viện Công nghệ môi trƣờng, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam PGS TS Đồng Kim Loan – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội – ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn thực Luận văn này, ngƣời quan tâm giúp đỡ suốt trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng, đặc biệt thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng – Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị cho kiến thức bổ ích, thiết thực nhƣ nhiệt tình, ân cần dạy bảo hai năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn hỗ trợ Dự án trọng điểm cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano nông nghiệp”, mã số VAST.TĐ.NANO-NN/15-18 giúp thực Luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán Phòng Công nghệ thân môi trƣờng Phòng Ứng dụng chuyển giao Công nghệ – Viện Công nghệ môi trƣờng, Viện HLKH&CN Việt Nam tạo điều kiện trực tiếp giúp đỡ trình nghiên cứu, thực luận văn Cuối xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình bạn bè quan tâm động viên, giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Thúy MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm gây bệnh biện pháp quản lý nấm Colletotrichum 1.1.1 Một số đặc điểm hình thái gây bệnh nấm Colletotrichum trồng 1.1.2 Thiệt hại nấm bệnh Colletotrichum đến suất trồng 1.1.3 Một số biện pháp quản lý nấm bệnh Colletotrichum .7 1.2 Công nghệ nano nghiên cứu ứng dụng hạt nano kim loại để kháng nấm 1.2.1 Một số tính chất vật liệu nano 10 1.2.2 Phƣơng pháp chế tạo hạt nano kim loại 11 1.2.3 Một số nghiên cứu ứng dụng nano kim loại để kháng nấm 12 1.2.4 An toàn ứng dụng vật liệu nano nông nghiệp 16 1.3 Đặc điểm cấu trúc silica 17 CHƢƠNG – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đối tƣợng mục tiêu nghiên cứu 20 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu .20 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Phƣơng pháp nghiên c ứu 20 2.2.1 Phƣơng pháp tổng quan tài liệu 20 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu phòng thí nghiệm 20 2.2.3 Phƣơng pháp đánh giá đặc trƣng tính chất vật liệu 21 2.3 Hóa chất thiết bị nghiên cứu 21 2.3.1 Hóa chất .21 2.3.2 Thiết bị, dụng cụ 22 2.4 Nội dung nghiên cứu .23 2.4.1 Điều chế hạt nano Cu 23 2.4.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng vật liệu trình chế tạo nanocomposit Cu-silica 25 2.4.3 Nghiên c ứu đánh giá khả ức chế nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu–silica 28 CHƢƠNG – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Đặc trƣng hạt nano Cu điều chế đƣợc 31 3.1.1 Cấu trúc tinh thể nano Cu 32 3.1.2 Đặc điểm hình thái kích thƣớc hạt nano Cu .33 3.2 Kết nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu-silica đánh giá đặc trƣng vật liệu 35 3.2.1 Ảnh hƣởng pH đến đặc trƣng hạt SiO2 tạo thành .35 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ APTES đến đặc trƣng vật liệu 42 3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ Cu2+ gắn lên silica đến đặc trƣng vật liệu 43 3.3 Đánh giá hoạt lực kháng nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica 50 3.3.1 Xác định khả kháng nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica .50 3.3.2 Đánh giá khả ức chế nấm Colletotrichum sp vật liệu nanocomposit Cu-silica .52 3.3.3 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số đặc tính số chủng nấm Colletotrichum .5 Bảng 1.2 Số nguyên tử lƣợng bề mặt hạt nano hình cầu .10 Bảng 1.3 Hoạt lực kháng số chủng nấm nano bạc 13 Bảng 1.4 Kích thƣớc trung bình vùng ức chế nấm (mm) vật liệu SiO2HPC-Ag SiO2-HPMC-Ag 14 Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng thí nghiệm 21 Bảng 2.2 Các thiết bị, dụng cụ sử dụng thí nghiệm .22 Bảng 2.3 Các giá trị pH khảo sát ảnh hƣởng tới đặc trƣng hạt SiO2 tạo thành .26 Bảng 2.4 Các giá trị khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ Cu2+ gắn lên silica đến đặc trƣng vật liệu 27 Bảng 2.5 Nồng độ nano Cu chứa môi trƣờng sử dụng thử hoạt lực ức chế nấm Colletotrichum sp 29 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ pH tới hiệu suất thu hồi SiO2 .38 Bảng 3.2 Kết đo BET vật liệu SiO2 chế tạo đƣợc giá trị pH khác 39 Bảng 3.3 Tổng hợp hiệu suất phản ứng chế tạo nanocomposit Cu-silica với tỷ lệ Cu2+/ Silica khác 47 Bảng 3.4 Đƣờng kính vòng kháng nấm (mm) 51 Bảng 3.5 Khả ức chế nấm nanocomposit Cu-silica nano Cu nồng độ khác sau ngày nuôi cấy 52 Bảng 3.6 Khả ức chế nấm Collectotrichum sp nanocomposit Cu-silica nano Cu nồng độ 100 ppm theo thời gian nuôi cấy 54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các triệu chứng bệnh thán thƣ gây nấm Colletotrichum Hình 1.2 Hình thái khuẩn lạc, bào tử, đĩa áp gai loài Colletotrichum gloeosporioides gây bệnh thán thƣ xoài Hình 1.3 Hình ảnh thể “lĩnh vực” nano (màu đỏ) so với số đối tƣợng vật lý sinh học theo thang kích thƣớc .9 Hình 1.4 Ảnh hƣởng số lƣợng nguyên tử đến diện tích bề mặt riêng .10 Hình 1.5 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu cấu trúc nano: a) “từ xuống”; b) “từ dƣới lên” .12 Hình 1.6 Hoạt tính kháng nấm nano Cu 15 Hình 1.7 Cấu trúc SiO2 .18 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo nano Cu 24 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nanocomposit Cu-silica 25 Hình 2.3 Quá trình chế tạo nano Cu gắn silica .26 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nano Cu chế tạo .33 Hình 3.2 Kết ảnh kính hiển vi điện tử mẫu nano Cu chế tạo .34 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu SiO2 điều chế pH khác 36 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu SiO2 điều chế pH khác .37 Hình 3.5 Sơ đồ phản ứng hình thành chuỗi polysilicic axit 39 Hình 3.6 Đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp nitơ mẫu SiO2 -pH8 40 Hình 3.7 Ảnh TEM mẫu SiO2-pH8 41 Hình 3.8 Phổ FTIR SiO2 điều chế đƣợc 42 Hình 3.9 Phổ hồng ngoại vật liệu silica đƣợc chức hóa với nồng độ APTES khác 43 Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nanocomposit Cu-silica chế tạo đƣợc lƣợng Cu2+ gắn lên silica khác 44 Hình 3.11 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-1,5 45 Hình 3.12 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-2,0 46 Hình 3.13 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-2,5 46 Hình 3.14 Phổ tán xạ lƣợng mẫu Cu-3,0 47 Hình 3.15 Quang phổ hồng ngoại FTIR vật liệu SiO2-APTES SiO2 -APTESCu .48 Hình 3.16 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua vật liệu SiO2 SiO2 -APTES-Cu 50 Hình 3.17 Vòng kháng nấm vật liệu nấm Colletotrichum sau ngày nuôi cấy .51 Hình 3.18 Nấm Collectotrichum sp môi trƣờng nanocomposit Cu-silica Cu 53 Hình 3.19 Ho ạt tính kháng nấm nano Ag thuốc diệt nấm (Carban 50 SC Anvil 55 EC) với Colletotrichum sau ngày xử lý 54 Hình 3.20 Tản nấm Collectotrichum sp sau 10 ngày nuôi cấy (nồng độ 100ppm).55 Hình 3.21 Nấm Collectotrichum sp sau ngày dịch thể khoai tây bổ sung nanocomposit Cu-silica nồng độ 62,5 ppm, 125ppm 250ppm .56 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT APTES: 3-Aminopropyltriethoxysilane BVTV: Bảo vệ thực vật BET: Phƣơng pháp xác định bề mặt riêng (Bruner – Emmett – Teller) CABI: Tổ chức Nông nghiệp Khoa học sinh học Quốc tế (Agriculture and Bioscience International) CFU: Số lƣợng đơn vị hình thành khuẩn lạc (Colony Forming Unit) CPTES: Chloropropyltriethoxysilane DNA: Deoxyribonucleic acid EDX: Tán xạ lƣợng (Energy-dispersive X-ray) FAO: Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) FTIR: Quang phổ hồng ngoại chuỗi (Fourier Transform Infrared) HPC: Hydroxyprolyl cellulose HPMC: Hydroxypropyl cellulose methylcellulose M.I: Chỉ số phân chia tế bào (Mitotic index) MIC: Nồng độ ức chế tối thiểu (Minimum inhibitory concentration) MPTMS: 3-mercaptopropyltrimethoxysilane PDA: Potato dextrose agar PVA: Polyvinyl ancol PVP: Polyvinylpyrrolydone SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Micriscopy) 1.2.1 Một số tính chất vật liệu nano 1.2.1.1 Hiệu ứng bề mặt Khi kích thƣớc vật liệu giảm tỉ số số nguyên tử bề mặt tổng số nguyên tử vật liệu tăng lên Do nguyên tử bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất nguyên tử bên lòng vật liệu nên kích thƣớc vật liệu giảm hiệu ứng có liên quan đến nguyên tử bề mặt, hay gọi hiệu ứng bề mặt tăng lên Khi kích thƣớc vật liệu giảm đến nanomet tính chất liên quan đến nguyên tử bề mặt thể cách rõ rệt Kích thƣớc hạt bé hiệu ứng lớn ngƣợc lại [2] Bảng 1.2 Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu Đƣờng kính hạt nano (nm) 10 Số nguyên Tỷ số nguyên tử tử bề mặt (%) 30.000 20 4.000 40 250 80 30 90 Năng lƣợng bề mặt (erg/mol) 4,8.10 11 8,6.10 11 2,04.10 12 9,23.10 12 Năng lƣợng bề mặt lƣợng tổng (%) 7,6 14,3 14,3 82,2 1.2.1.2 Hiệu ứng kích thước Hiệu ứng kích thƣớc vật liệu nano làm cho vật liệu có nhiều đặc điểm khác với vật liệu truyền thống Mỗi tính chất vật liệu đƣợc quy định độ dài đặc trƣng hay gọi kích thƣớc tới hạn Các tính chất vật liệu có độ dài đặc trƣng kích thƣớc nanomet mà ngày ngƣời ta thƣờng nói “vật liệu nano” [2] Tổng số nguyên tử: 10 Diện t ích bề mặt nguyên tử: 10 Chiếm: 100% Tổng số nguyên tử: 92 Diện t ích bề mặt nguyên tử: 74 Chiếm: 80% Tổng số nguyên tử: 792 Diện t ích bề mặt nguyên tử: 394 Chiếm: 50% Hình 1.4 Ảnh hưởng số lượng nguyên tử đến diện tích bề mặt riêng 10 Ở vật liệu khối, kích thƣớc vật liệu lớn nhiều lần so với độ dài đặc trƣng với tính chất vật lí biết Nhƣng kích thƣớc vật liệu so sánh với độ dài đặc trƣng tính chất có liên quan đến độ dài đặc trƣng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất biết trƣớc Không có chuyển tiếp cách liên tục tính chất từ vật liệu khối đến vật liệu nano Khi nói đến vật liệu nano, ngƣời ta nghiên cứu đến tính chất kèm vật liệu Cùng vật liệu, kích thƣớc, xem xét tính chất khác so với vật liệu khối nhƣng xem xét tính chất khác lại khác biệt Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt dù kích thƣớc Ví dụ: kim loại, quãng đƣờng tự trung bình điện tử có giá trị vài chục nm Khi dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại, kích thƣớc dây lớn so với quãng đƣờng tự trung bình điện tử kim loại có định luật Ohm cho dây dẫn Định luật cho thấy tỉ lệ tuyến tính dòng đặt hai đầu sợi dây Nếu thu nhỏ kích thƣớc sợi dây nhỏ độ dài quãng đƣờng tự trung bình điện tử kim loại tỉ lệ liên tục dòng không mà tỉ lệ gián đoạn với lƣợng tử độ dẫn e /ħ, e điện tích điện tử, ħ số Planck Lúc hiệu ứng lƣợng tử xuất Có nhiều tính chất bị thay đổi giống nhƣ độ dẫn, tức bị lƣợng tử hóa kích thƣớc giảm Hiện tƣợng đƣợc gọi hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển - lƣợng tử vật liệu nano việc giam hãm vật thể không gian hẹp mang lại (giam hãm lƣợng tử) 1.2.2 Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại Có hai phƣơng pháp để chế tạo vật liệu nano phƣơng pháp lý – “từ xuống” phƣơng pháp hóa học – “từ dƣới lên” Phƣơng pháp “từ xuống” bao gồm phân rã vật liệu lớn để tạo đƣợc đơn vị kích thƣớc nano phƣơng pháp khác nhƣ phƣơng pháp nghiền, biến dạng… Phƣơng pháp “từ dƣới lên” bao gồm việc lắp ghép nguyên tử, phân tử để hình thành c ấu trúc nano [2, 9] 11 Hình 1.5 Phương pháp chế tạo vật liệu cấu trúc nano: a) “từ xuống”; b) “từ lên” Về mặt lý thuyết, hai phƣơng pháp sử dụng chế tạo đƣợc vật liệu có độ tinh khiết cao Tuy nhiên, phƣơng pháp “từ xuống” chế tạo đƣợc hạt nano có hình dạng giống hệt phân bố chúng không đồng Thông thƣờng, vật liệu đƣợc chế tạo phƣơng pháp có chứa hạt lớn dẫn đến, tính hoạt động cuả chúng giảm Một nhƣợc điểm khác phƣơng pháp “từ xuống” khả lặp lại thấp Bằng phƣơng pháp “từ dƣới lên”, trình chế tạo không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, bƣớc thực đơn giản, chế tạo số lƣợng lớn, đồng thời đƣợc kiểm soát với độ xác lớn nhiều, điều chỉnh đƣợc kích thƣớc hạt hình thái học [9] 1.2.3 Một số nghiên cứu ứng dụng nano kim loại để kháng nấm 1.2.3.1 Trên Thế Giới Trong nghiên cứu Habeeb Khadri cộng (2013) [16], tác giả chế tạo nano bạc cách đun sôi bột hạt ô liu nƣớc cất đƣợc vô trùng, sau lọc qua giấy lọc để thu lấy phần dịch Dịch đƣợc thêm vào dung dịch AgNO3 nhƣ tác nhân khử sinh học khử Ag + Ago Kết quả, tác giả thu đƣợc hạt nano bạc với kích thƣớc dao động khoảng ÷ 50 nm, kích thƣớc chủ yếu 30 ÷ 40 nm 12 Với dung dịch nano bạc chế tạo đƣợc, tác giả thử hoạt tính kháng nấm số chủng nấm gây bệnh trồng nhƣ Aspegillus niger, Aspergillus flavus, Rhizoctonia bataticola, Sclerotium rolfssi, Alternaria macrospora tác nhân tƣơng ứng gây bệnh lở cổ rễ, thối rễ, thối thân đốm cho trồng hàm lƣợng khác Kết cho thấy có hiệu lực kháng nấm nano bạc chủng nấm nghiên cứu Tùy vào chủng nấm khác mà mức độ ức chế nano bạc với chúng khác nhau, nhiên hàm lƣợng nano bạc tăng, tƣơng ứng với vùng ức chế lớn Trong chủng nấm nghiên cứu, chủng Aspergillus niger nhạy cảm với nano bạc cả, vùng ức chế lên đến 1,6 cm Trong đó, chủng Rhizoctonia bataticola khả kháng nấm thấp hơn, vùng ức chế đạt 1,3 cm Bảng 1.3 Hoạt lực kháng số chủng nấm nano bạc Chủng nấm Vùng kháng nấm (cm) 25 µl 50 µl 75 µl 100 µl 0,5 0,8 1,2 1,6 0,3 0,6 1,0 1,4 0,4 0,5 0,9 1,3 0,3 0,7 1,0 1,4 0,4 0,8 1,1 1,5 0,5 0,7 1,1 1,4 Aspergillus niger Aspergillus flavus Rhizoctonia bataticola Sclerotium rolfsii Alternaria macrospora Standard (Clotrimazole antibiotic) Một nghiên cứu khác Jolanta Pulit cộng (2013) sử dụng nano bạc với kích thƣớc hạt thay đổi từ 10 ÷ 10.000 nm đƣợc điều chế phƣơng pháp khử AgNO3 với chiết xuất từ mâm xôi để thử nghiệm hoạt tính kháng nấm với Cladosporlum cladosporlodes Aspergillus niger nồng độ khác Kết cho thấy, với nano bạc chế tạo đƣợc có hiệu ứng ức chế phát triển hai loài nấm nghiên cứu Nhìn chung, nồng độ nano bạc tăng hiệu ức chế nấm cao hơn, đặc biệt Cladosporlum cladosporlodes, với nồng độ nano bạc 12,5 ppm ức chế phát triển tới 60% 50 ppm đạt tới khoảng 90% [18] Nhiều nghiên cứu kết hợp hạt nano kim loại chất mang khác tạo thành vật liệu nanocomposit nhằm tăng cƣờng hoạt tính hạt nano kim loại chất mang giúp bảo tồn tính ổn định cấu trúc hạt nano kim loại 13 Trong kết nghiên cứu Tsvetelina Angelova cộng (2014), tác giả chế tạo vật liệu Ag – Silica phƣơng pháp sol – gel thủy phân môi trƣờng axit với có mặt hydroxyprolyl cellulose (HPC) hydroxypropyl cellulose methylcellulose (HPMC) hàm lƣợng bạc thay đổi từ 0,5 – 2,5% theo khối lƣợng [37] Từ đó, tác giả sử dụng vật liệu chế tạo đƣợc để nghiên cứu hoạt lực kháng nấm Aspergillus niger phƣơng pháp đo vùng ức chế đếm tế bào Kết thí nghiệm phƣơng pháp đo vùng ức chế cho thấy, sau ủ nhiệt độ 30oC sau 12 quan sát chƣa thấy có nhiều thay đổi Tiếp tục ủ sau 36 quan sát thấy vùng ức chế sau 60 giờ, vùng ức chế hình thành rõ ràng Nhìn chung, tăng hàm lƣợng bạc, kích thƣớc vùng ức chế lớn tƣơng ứng Kết đo vùng ức chế nấm tác giả đƣợc thể dƣới bảng sau: Bảng 1.4 Kích thước trung bình c vùng ức chế nấm (mm) vật liệu SiO2 HPC-Ag SiO2 -HPMC-Ag Hàm lƣợng nano Ag (% khối lƣợng) Kích thƣớc trung bình vùng ức chế nấm 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 SiO2-HPC-Ag 1,33 1,55 2,24 2,34 2,82 SiO2-HPMC-Ag 1,32 1,48 2,23 2,25 2,27 So sánh hoạt lực kháng nấm Aspergillus niger dựa vào kích thƣớc vùng ức chế hai vật liệu thấy SiO2-HPC-Ag có hoạt lực cao so với SiO2-HPMCAg Trong thí nghiệm tiếp theo, tác giả sử dụng vật liệu nghiên cứu hoạt lực kháng nấm phƣơng pháp đếm tế bào với hàm lƣợng Ag thay đổi từ 0,5 – 2,5% Ở thí nghiệm thấy rõ ràng so với đối chứng, vật liệu SiO2-HPC-Ag SiO2-HPMC-Ag sử dụng có hoạt tính cao việc ức chế trình sinh trƣởng nấm Aspergillus niger Hơn nữa, hàm lƣợng Ag tăng, hoạt lực kháng nấm vật liệu cao Đồng dạng nano với nồng độ thấp có khả kháng khuẩn mạnh Cơ quan bảo vệ Môi trƣờng Mỹ công nhận đồng nano chất kháng khuẩn để diệt vi khuẩn gram âm gram dƣơng Trong nghiên cứu Kanhed cộng (2014) cho thấy khả hạt nano đồng đƣợc chế tạo phƣơng pháp khử, kích thƣớc hạt – 10 nm chống lại nấm gây bệnh trồng nhƣ Phoma 14 destructiva, Curvularia lunata, Alternaria alternata Fusarium oxysporum [30] Sahar M Ouda (2014) đồng thời phát nano đồng nano đồng kết hợp với nano bạc có khả kìm hãm diệt hai loại nấm Uernaria alternata Botrytis cinere gây bệnh nhiều loại trồng khác [32] Phoma distructiva, Curvularia lunanta, Alternaria alternata, Fusarium oxysporum; A Nano Cu, B Isopropyl ancohol C Chất kháng nấm bavistin (50% Carbendazime), D Nano Cu + bavistin Hình 1.6 Hoạt tính kháng nấm nano Cu [30] 1.3.2.2 Ở Việt Nam Trong kết nghiên cứu Cao Văn Dƣ (2016), tác giả sử dụng hạt nano đồng đƣợc điều chế từ tiền chất đồng clorua chất bảo vệ PVA, chất trợ phân bố trinitrat citrat (kích thƣớc 3± 1nm) để thử nghiệm hoạt tính kháng nấm hồng Kết cho thấy vật liệu thể khả kháng nấm tốt Với hàm lƣợng đồng nano có nồng độ ppm ppm không thấy dấu hiệu nấm hồng phát triển Đồng thời, đánh giá khả diệt nấm hồng nano đồng, tác giả thông báo cần phải sử dụng dung dịch keo đồng nano nồng độ 10 ppm [1] 15 Một nghiên cứu gần tác giả Nguyễn Hoài Châu cộng (2016) chế tạo thành công vật liệu nanocomposit Ag–silica sử dụng để bọc hạt giống đậu tƣơng nhằm loại trừ tác hại số loại nấm tồn lƣu đ ất nhƣ Fusarium oxysporum Rhizoctonia solani gây bệnh cho trồng Các kết thí nghiệm phòng thí nghiệm cho thấy, nồng độ 200 ppm nano bạc chứa vật liệu nanocomposit, loại nấm gần nhƣ bị ức chế hoàn toàn Khi sử dụng vật liệu chức lên bề mặt hạt đậu tƣơng tạo thành lớp vỏ bọc làm tăng khả chống lại xâm nhiễm nấm con, tạo điều kiện cho sinh trƣởng phát triển tốt [17] 1.2.4 An toàn ứng dụng vật liệu nano nông nghiệp Từ kết thấy công nghệ nano có tiềm lớn ngành nông nghiệp Tuy nhiên xuất loạt câu hỏi, đặc biệt liên quan đến ảnh hƣởng bất lợi có vật liệu nano đến môi trƣờng, thể sống chất lƣợng sản phẩm nông nghiệp Một số ý kiến cho vật liệu nano với kích thƣớc nhỏ dễ dàng tham gia vào phản ứng hóa học có khả tạo hợp chất với tính chất chƣa đƣợc biết Vì thế, đặc tính ƣu việt hạt nano, nhà khoa học giới quan tâm đến tác động tiêu cực chúng, đặc biệt trƣờng hợp vật liệu nano đƣợc sử dụng hay có mặt với nồng độ cao Độc tế bào hạt nano kim loại loài lƣơng thực đƣợc nghiên cứu số kim loại nhƣ sắt bạc Trong tế bào mô phân sinh (meristem) rễ hành tây Allium cepa hạt nano bạc gây kìm hãm trình nguyên phân (mitodepressive) đột biến nhiễm sắc thể (clastogenic) [20] Sự suy giảm số phân chia tế bào (mitotic index – M.I.) Allium cepa đƣợc xử lý nano bạc phụ thuộc nhiều vào nồng độ hạt nano: M.I từ 60,3% mẫu đối chứng giảm xuống giá trị 27,6% mẫu có nồng độ nano bạc 100 mg/L Các hạt nano magnetit dung dịch nƣớc (50-300 µl/L) đƣợc bọc lớp axit pecloric có khả làm giảm mức độ axit nucleic tế bào ngô dẫn đến khả ức chế trình sinh tổng hợp [24] Xử lý hạt ngô với nano magnetit đƣợc phủ lớp cyclodextrin làm chất ổn định làm tăng tổng pha prophase, metaphase, anaphase telophase Răcuciu Creangă (2009) [25] cho ferrophase xâm nhập qua lớp màng nhân (nuclear membrance) DNA 16 nhân (extra nuclear) hạt diệp lục - mục tiêu bị hạt từ tính công nhiều Mặc dù vậy, kết nghiên cứu nêu chƣa trả lời đƣợc câu hỏi liệu có phải độc tính gen gây hạt nano sản phẩm chuyển hóa sinh học bên chúng Độc tính hạt nano lƣơng thực đƣợc bàn luận nghiên cứu [13] Các kết nghiên cứu vật liệu nano thể độc tính loài đƣợc xử lý Thực tế có nhiều nghiên cứu cho thấy tác dụng có lợi hạt nano Tuy nhiên cần phải thận trọng đƣa kết luận hiệu ứng tác dụng hạt nano riêng biệt, hiệu ứng độc tính học dựa dấu hiệu sinh lý học quan sát đƣợc bên chƣa đủ để làm thị độc tố Do để nghiên cứu độc tính hạt nano c ần thiết phải triển khai nghiên cứu mức độ hệ gen hệ protein (genomic, proteomic) Hiện chế gây độc vật liệu nano thực tế chƣa đƣợc xác định rõ ràng Nhiều ý kiến cho độc tính hạt nano quan sát đƣợc tƣơng tác vật lý hạt nano Chẳng hạn, có mặt hạt nano bề mặt rễ làm thay đổi hóa học bề mặt rễ, làm cho kênh dẫn nƣớc dẫn chất dinh dƣỡng bị che lấp Kích thƣớc nhỏ hạt nano thể độc tính mạnh so với kích thƣớc to [35] 1.3 Đặc điểm cấu trúc silica Silica tên thƣờng gọi đioxit silic (SiO2 ), có cấu trúc mạng lƣới không gian ba chiều, nguyên tử ôxi nằm đỉnh, silic nằm tâm tứ diện đều, tứ diện đƣợc xếp cách trật tự đặn ta có silica cấu trúc tinh thể, silica có cấu trúc vô định hình Silica không tồn dƣới dạng phân tử riêng lẻ mà tồn dƣới dạng tinh thể, nghĩa dƣới dạng phân tử khổng lồ [3] 17 Cấu trúc SiO2 dạng vô định hình Cấu trúc SiO2 dạng tinh thể Hình 1.7 Cấu trúc SiO2 http://ceresconutrition.com/vi/silica/ Ở điều kiện thƣờng có dạng tinh thể thạch anh, triđimit cristtobalit Mỗi dạng đa hình lại có hai dạng: dạng α bền nhiệt độ thấp, dạng β bền nhiệt độ cao Tất dạng tinh thể bao gồm nhóm tứ diện SiO4 nối với qua nguyên tử O chung Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm trung tâm tứ diện liên kết hóa trị với bốn nguyên tử O nằm đỉnh tứ diện Nhƣ nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si hai tứ diện khác tính trung bình c ứ mặt nguyên tử Si có hai nguyên tử O công thức kinh nghiệm silic đioxit SiO2 Ba dạng đa hình silic đioxit có cách xếp khác nhóm tứ diện SiO4 tinh thể: thạch anh, nhóm tứ diện đƣợc xếp cho nguyên tử Si nằm đƣờng xoắn ốc Tùy theo chiều đƣờng xoắn ốc mà ta có thạch anh quay trái hay quay phải Trong triđimit, nguyên tử Si chiếm vị trí nguyên tử S Zn mạng lƣới vuazit Trong cristobalit, nguyên tử Si chiếm vị trí nguyên tử S Zn mạng lƣới sphelarit Ngoài ba dạng trên, tự nhiên có số dạng khác silic đioxit có cấu trúc vi tinh thể Mã não chất rắn, suốt, gồm có vùng có màu sắc khác cứng Opan loại đá quý cấu trúc tinh thể Nó gồm hạt cầu SiO2 liên kết với tạo nên lỗ trống chứa không khí, nƣớc hay nƣớc Opan có màu sắc khác nhƣ vàng, nâu, đỏ, lục đen có chứa tạp chất 18 Gần ngƣời ta chế tạo đƣợc hai dạng tinh thể đioxit silic nặng thạch anh coesit (đƣợc tạo nên áp suất 35.000 atm nhiệt độ 250 o C) stishovit (đƣợc tạo nên áp suất 120.000 atm nhiệt độ 1.300 oC) Silic đioxit nóng chảy đun nóng, dạng để nguội chậm đến nhiệt độ hóa mềm thu đƣợc vật liệu vô định hình giống nhƣ thủy tinh Khác với dạng tinh thể, chất giống thủy tinh có tính đẳng hƣớng không nóng chảy nhiệt độ không đổi mà hóa mềm nhiệt độ thấp nhiều so với nóng chảy Bằng phƣơng pháp Rơnghen, ngƣời ta xác định đƣợc trạng thái thủy tinh, nguyên tử đƣợc bao quanh nguyên tử khác giống nhƣ trạng thái tinh thể nhƣng nguyên tử xếp cách hỗn loạn Nhờ đặc điểm cấu trúc lỗ xốp phát triển, silica dễ dàng hấp phụ chất phân cực nhƣ chất có tạo với nhóm hydroxy liên kết kiểu cầu hydro Silica tái sinh nhiệt độ < 200oC Do thích hợp làm vật mang để gắn hoạt chất 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Cao Văn Dƣ (2016), Nghiên cứu tổng hợp khảo sát tính chất vật liệu nano kim loại đồng, Luận án tiến sĩ Hóa, Học viện Khoa học công nghệ, viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam La Vũ Thùy Linh (2010), Công nghệ nano – cách mạng khoa học kỹ thuật kỷ 21, Tạp chí Khoa học & Ứng dụng, số 12 Hoàng Nhâm (2004), Hóa học nguyên tố tập I, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Bích Ngọc, Nguyễn Hoài Châu, Trần Xuân Tin, Lê Mai Nhất, Phạm Thị Dung, Ngô Thị Thanh Hƣờng, Đỗ Duy Hƣng (2015), Nghiên cứu hiệu hạt nano bạc ức chế số chủng nấm thực vật (Fusarium oxysporum, Colletotrichum, Rhizoctonia solani Corynespora cassicola) phòng thí nghiệm, Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, số (58) Phạm Chí Thành (1992), Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng, Giáo trình cao học nông nghiệp, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội Lê Hoàng Lệ Thủy Phạm Văn Kim (2008), Phân loài nấm Colletotrichum gây bệnh thán thư xoài sầu riêng Đồng Sông Cửu Long thử hiệu lực sáu loại thuốc loài nấm này, Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, số 10 Mai Văn Trị (2002), Một số bệnh hại ăn trái, Sổ tay người nông dân trồng ăn trái cần biết, Công ty dịch vụ Bảo vệ Thực vật An Giang Tài liệu Tiếng Anh Ajay Kumar Gautam (2014), Colletotrichum gloeosporioides: Biology, Pathogenicity and Management in India, Journal of Plant Physiology & Pathology, Volume 2:2 Anatolii D, Pomogailo, Gulzhian I, Dzhardimalieva (2014), Nanostructured Materials Preparation via Condensation Ways, Chapter Reduction of Metal Ions in Polymer Matrices as a Condensation Method of Nanocomposit Synthesis, Springer 10 Arijit Kumar Chatterjee, Ruchira Chakraborty, Tarakdas Basu (2014), Mecheanism of antibacterial activity Nanotechnology, Volume April 59 of copper nanoparticles, 11 Biswajoy Bagchi, Subrata Kar, Sumit Kr Dey, Suman Bhandary, Debasis Roy, Tapas Kr, Mukhopadhyay, Sukhen Das, Papiya Nandy (2013), In situ synthesis and antibacterial activity of copper nanoparticle loaded natural montmorillonite clay based on contact inhibition and ion releas e, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Volume 108 12 Cheng Han Wang, Yan-fei Huang, Quingyuan Chen, Mao-sheng Wang, Haiqian Xia, Sheng-hua Shang, Changqing Zhang (2016), Anthracnose Caused by Colletotrichum fructicola on Tobacco (Nicotiana tabacum) in China, Published by The American Phytopathological Society, Volume 100, Number 13 El-Temsah Yehia, Erik J Joner (2012), Impact of Fe and Ag nanoparticles on seed germination and differences in bioavailability during exposure in aqueous suspension and soil, Environonmental Toxicology, Volume 27 14 Gadi Borkow and Jeffray Gabbay (2004), Putting copper into action: copperimpregnated products with potent biocidal activities, Faseb Journal, Volume 18 15 Giuseppe Granata, Taishi Yamaoka, Francesca Pagnanelli, Akio Fuwa (2016), Study of the synthesis of copper nanoparticles: the role of capping and kinetic towards control of particles size and stability, Journal of Nanoparticle Research, Volume 18 16 Habeeb Khadri, Mohammad Alzohairy1, Avilala Janardhan, Arthala Praveen Kumar, Golla Narasimha (2013), Green Synthesis of Silver Nanoparticles with High Fungicidal Activity from Olive Seed Extract, Advances in Nanoparticles, Volume 17 Hoai Chau Nguyen, Thi Thuy Nguyen, Trong Hien Dao, Quoc Buu Ngo, Hoang Long Pham and Thi Bich Ngoc Nguyen (2016), Preparation of Ag/SiO2 nanocomposite and assessment of its antifungal effect on soybean plant (a Vietnamese species DT-26), Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, Volume 18 Jolanta Pulit, Marcin Banach, Renata Szczygłowska and Mirosław Bryk (2013), Nanosilver against fungi, Silver nanoparticles as an effective biocidal factor , Acta Biochimica Polonica, Volume 60, No 19 Malathi Sampath, Ramya Vijayan, Ezhilarasu Tamilarasu, Abiraman Tamilselvan, Sengottuvelan Balasubramanian (2014), Green synthesis of 60 Novel Jasmine Bud-Shaped Copper Nanoparticles, Journal of Nanotechnology, Volume 33 20 Mamta Kumari, A Mukherjee, N Chandrasekaran (2009), Genotoxicity of silver nanoparticles in Allium cepa, Science of the Total Environment, Volume 407 21 May Moe Oo, Sang-Keun Oh (2016), Chilli anthracnose (Colletotrichum spp.) disease and its managemnet approach, Korean Journal of Agricultural Science, Volume 43, No 22 Mayur Valodkar, Shefaly Modi, Angshuman Pal, Sonal Thakore (2011), Synthesis and anti-bacterial activity of Cu, Ag and Cu-Ag alloy nanoparticles: A green approach, Materials Research Bulletin, Volume 46, No 23 Meenakshi Sharma and Saurabh Kulshrestha (2014), Colletotrichum gloeosporioides: An Anthracnose Causing Pathogen of Fruits and Vegetables, Biosciences Biotechnology research Asia, Volume 12, No 24 Mihaela Răcuciu, Dorina-emilia Creangă (2009), Biocompatible magnetic fluid nanoparticles internalized in vegetal tissue, Romanian Journal Physics, Volume 54 25 Mihaela Răcuciu, Dorina-emilia Creangă (2009), Cytogenetical changes induced by -cyclodextrin coated nanoparticles in plant seeds Romanian Journal Physics, Volume 54 26 Mikaeel Young and Swadeshmukul Santra (2014), Copper (Cu)-Silica Nanocomposit containing Valence - Engineered Cu: A New Strategy for Improving Antimicrobial Efficacy of Cu Biocides, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Volume 62, No 26 27 Nicola Cioffi, Luisa Torsi, Nicoletta Ditaranto, Giuseppina Tantillo, Lina Ghibelli, Luigia Giorgio Sabbatini, Teresa Zambonin, and Enrico Bleve-Zacheo, Maria Traversa (2005), D'Alessio, P, Copper Nanoparticle/Polymer Composites with Antifungal and Bacteriostatic Properties, Chemistry of Materials, Volume 17 28 Norhasyimi Rahmat, Fazlena Hamzah, Norsuraya Sahiron, Marissa Mazlan and Muhammad Mukmin Zahari (2016), Sodium silicate as source of silica for synthesis of mesoporous SBA-15, Materials Science and Engineering, Volume 133 61 29 Pham Van Viet, Hai Thi Nguyen, Thi Minh Cao and Le Van Hieu (2016), Fusarium Antifungal Activities of Copper Nanoparticles Synthesized by a Chemical Reduction Method, Journal of Nanomaterials, Volume 2016 30 Prachi Kanhed, Sonal Birla, Swapnil Gaikwad, Aniket Gade, Amedea B, Seabra, Olga Rubilar, Nelson Duarn, Mahendra Rai (2014), In vitro antifungal efficacy of copper nanoparticles against selected crop pathogenic fungi, Materals Letters, Volume 115 31 Ralph Dean, Jan A L VAN Kan, Zacharias A, Pretorius, Kim Hammond-Kosack, Antonio Di Pietro, Jasson James Rudd, Marty Dickman, Regine Kahmann, Jeff Ellis, Gary D Foster (2012), Review The Top 10 fungal pathogens in molecular plant pathology, Molecular Plant Pathology, Volume 12 32 Sahar M Ouda (2014), Antifungal activity of silver and copper nanoparticles on two plant pathogens, Alternaria alternata and Botrytis cinerea, Research Journal of Microbiology, Volume 33 Seogil Oh, Taewook Kang, Honggon Kim, Jungwoo Moon, Surin Hong, Jongheop Yi (2007), Preparation of novel ceramic membranes modified by mesoporous silica with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) and its application to Cu 2+ seperation in the aqueous phase, Journal of Membrane Science, Volume 301 34 Shikha Jain, Ankita Jain, Vijay Devra (2014), Experimental Investigation on The Synthesis of Copper Nanoparticles by Chemical Reduction Method , International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 35 Toshihiro Watanabe, Seiji Misawa, Syuntaro Hiradate and Mitsuru Osaki (2008), Root mucilage enhances aluminum accumulation in Melastoma malabathricum, an aluminum accumulator, Plant Signaling & Behavior, Volume 36 Tzong-Horng Liou, Huan-Sian Lin (2012), Synthesis and surface characterization of silica nanoparticles from industrial resin waste controlled by optimal gelation conditions, Journal of Industrial and engineering Chemistry, Volume 18 37 Tvestelina Angelova, Nelly georgieva, Hristina Dineva, Nadezhda Rangelova, Rudolf Müller (2014), Fuginal activity of silica-Ag, Antifungal activity of silver doped hybrids based on silica and cellulose derivates against 62 Aspergillus niger, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, Volume 49, No 38 Yashodha Hegde, R.K Hegde and Srikant Kulkarni (1993), Physiological studies on Colletotrichum gloeosporioides (Penz) Penz and Sacc causing anthracnose of arecanut, Karnataka Journal of Agricultural Sciences, Volume 39 Zaini Hamzah, Norhi Narawi, Hamizah Md Rasid and Amira Nazirah Md Yusoff (2012), Synthesis and characterization of mesoporous material functionalized with different silylating agent and their capability to remove Cu2+, The Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol ume 16, No 63 ... tính ổn định vật liệu sử dụng để diệt nấm, nano Cu đƣợc gắn lên chất mang silica Việc nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu nanocomposit Cu- silica nhiệm vụ quan trọng để ứng dụng diệt nấm gây bệnh... chất diệt nấm, có tác dụng thiết thực bảo vệ môi trƣờng bảo vệ sức khỏe ngƣời Do đó, khuôn khổ Luận văn thực nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu- silica ứng dụng để diệt nấm Colletotrichum ... Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposit Cu- silica; - Đánh giá hoạt lực kháng nấm Colletotrichum vật liệu nanocomposit Cu- silica CHƢƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm gây bệnh biện pháp quản lý nấm Colletotrichum